人工膝关节几何参数对接触力学和运动学的影响研究

发布时间：2020-06-19 22:13

【摘要】：人工膝关节的接触力学和运动学对临床前评估假体的磨损和运动性能非常重要。然而,人工膝关节的接触力学和运动学性能与假体的几何参数设计密切相关。因此,本文通过建立人工膝关节步态仿真有限元模型,研究分析了人工膝关节冠状面不同几何设计假体模型和曲线型胫骨衬垫不同几何参数的假体模型的接触力学性能和运动学性能;从而探究人工膝关节几何参数对其接触力学和运动学影响。本文通过选取了两种冠状面几何设计不同的假体模型进行标准步态仿真分析,从而探究冠状面几何设计不同的人工膝关节接触力学和运动学性能差异。同时,本文也具体介绍了人工膝关节承载面胫骨衬垫的参数化建模方法,并建立了不同参数的假体模型,从而探究承载面几何参数对人工膝关节的接触力学和运动学的影响。另外,本文也详细介绍了人工膝关节步态仿真有限元建模过程,其中包括了标准步态下人工膝关节位移控制有限元模型和力控制动力学有限元模型。本文首先对捷迈NK-II非对称型且冠状面呈直线型假体模型和强生PFC对称型且冠状面呈曲线型假体模型进行了模型收敛性验证;通过有限元网格细化最小单元尺寸达到0.0625mm时模型才得以收敛;并且,在捷迈NK-II假体模型中出现了边缘效应,最大接触压力明显增大,比没有出现边缘效应的强生PFC假体模型的最大接触压力增加了约40%;边缘接触效应的出现与捷迈NK-II的设计冠状面呈直线型密切相关。这为人工膝关节的磨损研究和设计指导提供重要依据。另外,本文也对人工膝关节曲线型胫骨衬垫的几何参数对假体接触力学和运动学的影响进行了探究;结果显示胫骨衬垫的冠状面曲率半径与假体的接触力学性能密切相关,而胫骨矢状面曲率半径与假体的运动性能联系更紧密,这为人工膝关节的设计以及临床中假体的选择提供了重要的指导意义。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R318.17
【图文】：

图 1.1 自然膝关节结构图[3]中重要的运动承载关节，作为人体日常的运动传多运动生活的追求，从而更易造成了膝关节损伤骨性关节炎等都是影响人体正常活动和造成患者

图 1.2 人工膝关节置换术流程示意图[12]人工全膝关节主要包括:股骨部件、胫骨托盘、胫骨衬垫和髌骨[13]。如图 1.3 所，股骨部件固定在股骨末端并与胫骨部件和髌骨部件或人体髌骨组成胫股关节节。全膝关节股骨部件通常采用钴铬合金铸造而成，用于取代股骨远端表面；

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本文编号：2721407